Выявление дефектов цилиндра глубинно-штангового насоса после ионного азотирования

A S Khomutov; V V Muraviev

doi:10.22213/2410-9304-2023-2-16-26

Authors

A. S. Khomutov Kalashnikov Izhevsk State Technical University
V. V. Muraviev Kalashnikov Izhevsk State Technical University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-2-16-26

Keywords:

defects, metallography, deformation, ion nitriding, cylinders of sucker rod pumps

Abstract

The article is devoted to evaluation of ion nitriding influence on possible deformation of deep-rod pump cylinders made of 38X2MUA steel tube blank. This article describes the analysis of the main flaws in the samples of deep-rod pump cylinders, obtained by cylinder surface hardening by means of plasma nitriding. Several samples of deep-rod pump cylinders of were selected, subjected to machining in accordance with technological process, chemical and heat treatment of the internal working diameter of cylinders by ion nitriding. Manufactured samples were subjected to instrumental control on Aerotest «Cylinder WGN-R»of actual parameters of the inner cylinder diameter to the required by design documentation. Further, sample witnesses were made from the cylinders to test nitrited layer hardness and to make metallographic analysis of the nitrited layer microstructure. The study revealed deviations in the shape and dimensions of the inner cylinder diameters, which were classified into two types: hoop and oval strains. Metalographic and hardness tests results showed deviation in surface hardness and deviation from the nitrited layer normal microstructure. The structure of the nitrited layer of the strained specimens has large surface nitride inclusions and a loose nitrited layer, regardless of the flaw type. Also, defective samples lack the required high-quality nitride area of higher hardness, to provide high corrosion and tribotechnical properties determining the life-span of the deep-rod pump cylinder. In this way, the main types of flaws arising at hardening of the internal cylinder working diameter have been identified and classified. The microstructure of the nitrited layer in the standard and defective samples is investigated and described. The correlation between nitrited layer structure flaws and geometrical parameters of the inner cylinder diameter have been determined.

Author Biographies

A. S. Khomutov, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

Post-graduate

V. V. Muraviev, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

DSc in Engineering, Professor

References

Лахтин Ю. М., Крымский Ю. Н. Физические процессы при ионном азотировании // Защитные покрытия на металлах. 1968. Вып. 2. С. 225-229.

Гуляев А. П., Коновальцев В. И., Никитин В. В. Особенности формирования свойств диффузионного слоя в процессе азотирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. № 10. С. 27-30.

Структура и свойства поверхностного слоя высокохромистой аустенитной стали, подвергнутой ионно-плазменному азотированию / Ю. Ф. Иванов, Е. А. Петрикова, С. В. Лыков [и др.] // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2020. № 12. С. 805-815. DOI 10.26456/pcascnn/2020.12.805.

Влияние условий азотирования конструкционных сталей на их эксплуатационные свойства и структурный метод оценки качества поверхностного слоя / Л. И. Куксенова, Алексеева М. С., И. А. Хренникова, М. А. Гресс // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2019. № 4-1 (336). С. 163-171.

Ионное азотирование высоколегированных конструкционных сталей с ультрамелкозернистой структурой при различных температурах / Р. С. Есипов, Р. А. Абдуллин, Ю. Г. Хусаинов, А. А. Николаев // Поверхность, рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. 2021. № 10. С. 102-107.

Рамазанов К. Н. Исследование влияния азотирования и высокотемпературного азотирования в тлеющем разряде с эффектом полого катода на фазовые превращения в конструкционных и инструментальных сталях // Вестник УГАТУ. 2008. Т. 10, № 1 (26).

Измерительные преобразователи давления / Ю. Г. Свинолупов, Т. И. Изаак, Л. М. Ромась, В. В. Бычков // Достижения науки - производству: сборник статей. Томск: ТУСУР, 2003. С. 155-171.

Каплун В. Г. Особенности формирования диффузионного слоя при ионном азотировании в безводородных средах // ФИП. 2003. Т. 1, № 2.

Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М.: Техносфера, 2004. 384 с.

Прохоров А. П., Баранова А. А. Перспективы развития процессов химико-термического упрочнения легированных сталей (обзорная информация) // Тенденции развития науки и образования. 2021. № 70-2. С. 78-85. DOI 10.18411/lj-02-2021-59.

Дементьев В. Б., Иванова Т. Н., Ломаева Т. В. Исследование процесса азотирования легированных сталей // Химическая физика и мезоскопия. 2020. Т 22, № 3. С. 299-306. DOI 10.15350/17270529.2020.3.29.

Загибалова Е. А., Москвина В. А., Майер Г. Г. Влияние метода и температуры ионно-плазменной обработки на физико-механические свойства поверхностных слоев в аустенитной нержавеющей стали // Frontier Materials & Technologies. 2021. № 4. С. 17-26. DOI 10.18323/2782-4039-2021-4-17-26.

Куксенова Л. И., Мичугина М. С. Влияние условий нагрева при азотировании на структуру и износостойкость поверхностных слоев стали 38Х2МЮА // Металловедение и термическая обработка металлов. 2008. № 2. С. 29-34.

Будилов В. В., Агзамов Р. Д., Рамазанов К. Н. Технология ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 7.

Добыча нефти штанговыми насосами / А. К. Мухаметзянов, И. Н. Чернышов, А. И. Липерт, С. Б. Ишемгужин. М.: Недра, 1993. 350 с. ISBN 5-247-02488-5.

Ришмюллер Г., Хамедингер Г. Добыча нефти глубинными штанговыми насосами. Терниц: Шеллер-Блекман, 1988. 148 с.